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新建隧道爆破施工引起既有隧道动力响应及控制技术研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究路线

1.4 依托工程概况

1.4.1 工程地质条件

1.4.2 水文地质及气象

1.4.3 不良地质及特殊冻土

第2章 新建隧道爆破施工对既有隧道的影响

2.1 爆破地震波的产生及传播特性

2.1.1 爆破地震波的产生及波动方程

2.1.2 爆破地震波传播特性

2.2 新建隧道爆破施工引起既有隧道的振动效应

2.2.1 隧道爆破振动波形特征分析

2.2.2 爆破地震波对既有隧道的影响

2.2.3 隧道爆破振动安全判据探讨

2.2.4 隧道支护结构动力响应的研究方法

2.3 小结

第3章 新建隧道爆破施工数值模拟及振动监测

3.1 隧道爆破动力响应数值模拟

3.1.1 ANSYS/LS-DYNA在爆破振动分析中的应用

3.1.2 模型建立及材料参数选取

3.1.3 无反射边界

3.1.4 爆炸算法

3.1.5 人工体积粘性及沙漏控制

3.1.6 隧道爆破模拟一般性过程

3.2 现场爆破振动测试方案

3.2.1 爆破振动测试目的

3.2.2 测试仪器

3.2.3 测点布置

3.3 现场爆破振动测试与数值模拟结果对比

3.3.1 新嘎拉山隧道爆破方案

3.3.2 新嘎拉山隧道爆破方案数值模拟

3.3.3 现场爆破振动测试结果

3.4 小结

第4章 爆破荷载作用下支护结构动力响应规律研究

4.1 引言

4.2 既有隧道二次衬砌动力响应规律

4.2.1 既有隧道二衬振速云图

4.2.2 既有隧道二衬位移云图

4.2.3 不同净距和装药量时既有隧道最大振速曲线

4.3 爆破作用下新建隧道初期支护的动力响应规律

4.3.1 喷射混凝土的安全允许振速

4.3.2 新建隧道初期支护上的综合振速及综合位移云图

4.3.3 新建隧道初期支护振速时程曲线

4.4 小结

第五章 基于最佳减震效果的微差间隔研究

5.1 引言

5.2 微差爆破控制技术

5.2.1 微差爆破减震作用机理

5.2.2 微差间隔时间确定方法

5.3 不同微差间隔时间对既有隧道动力响应规律的影响

5.3.1 不同微差间隔时间下既有隧道最大振速时程曲线

5.3.2 不同微差间隔时间下既有隧道最大综合振速时程曲线

5.3.3 合理微差间隔时间的探讨

5.4 小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

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摘要

近年来,我国西部地区基础设施建设速度明显加快。西部地区的地形地貌限制给公路、铁路的选线带来困难,不可避免会出现大量新建隧道与既有交通线复杂交叉的情况。在中国,95%的山岭隧道采用钻爆法施工。爆破施工,尤其当爆破装药量大、围岩条件差以及既有建筑物比较重要时,引起的爆破震动效应问题不可忽视,对爆破振动的控制要求更为严格。因此,研究新建隧道爆破施工引起既有交通线的动力响应规律及其控制措施,具有十分重要的意义。
  本文以新嘎拉山公路隧道近接既有嘎拉山隧道为背景,通过数值模拟和现场测试等方法,较为系统深入地研究了新建隧道爆破施工对依托工程的影响及其控制措施。本文主要研究内容和成果如下:
  1)总结了目前国内外学者研究隧道爆破动力响应所取得的理论研究成果以及积累的工程实践经验,对国内外爆破安全的控制标准进行了对比,就振动速度作为爆破振动安全判据的合理性进行了探讨。
  2)详细介绍了LS-DYNA处理高速碰撞、爆炸等复杂动力学问题的优势,并描述了流固耦合算法进行隧道爆破模拟的分析过程,建立了与实际工程相应的三维有限元模型,对不同围岩地段爆破方案进行了数值模拟。得到了不同爆破方案下既有隧道二次衬砌上的振速峰值,并与现场爆破振动测试结果进行了对比。为确保施工安全,调整爆破方案提供一定的依据。
  3)通过数值模拟得到了爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌和新建隧道初期支护上的振速分布规律,最大振速时程曲线以及位移变化云图;进一步模拟了不同装药量和净距等条件下引起既有隧道二次衬砌上的最大振速。
  4)模拟了新建隧道采用不同毫秒间隔延时爆破引起既有隧道二次衬砌的动力响应。得到了不同微差间隔时间下二次衬砌上的最大振速时程曲线,结果证明当药包起爆间隔大于某一定值后,能够在时间上错开不同药包爆破引起的振速峰值,从而起到良好的减震效果。

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